高中物理 第十五章 相對論簡介 3 狹義相對論的其他結(jié)論 4 廣義相對論簡介課堂合作探究學(xué)案 新人教版選修3-4

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1、 3　狹義相對論的其他結(jié)論 4　廣義相對論簡介 課堂合作探究 問題導(dǎo)學(xué) 一、狹義相對論的其他結(jié)論 活動與探究1 1．根據(jù)相對論速度公式，如果u′和v都很大，例如u′＝0.6c，v＝0.6c，它們的合速度會不會超過光速？如果u′和v更大些呢？ 2．若u′＝c，求證：u＝c，即在另一個參考系中光的速度也是c，而與v大小無關(guān)。 3．通過上面兩個問題討論得到什么結(jié)論？ 遷移與應(yīng)用1 一觀察者測出電子質(zhì)量為2m0，其中m0為電子的靜止質(zhì)量，求電子速度為多少？ 1．由相對論速度變換公式u＝知，如果u?c，u′?c，這時可忽略不計，相對論的速度合成公式可近似變?yōu)閡＝u′＋v，這和

2、我們在經(jīng)典力學(xué)中的相對速度變換是一樣的。 2．由公式可知光速是物體相對運(yùn)動速度的極限，只能無限趨近，永遠(yuǎn)不能達(dá)到和超過。 3．對于質(zhì)速關(guān)系 m＝ （1）這個關(guān)系式表明：物體的質(zhì)量會隨物體速度的增大而增大。 （2）u?c時，（）2＝0，此時有m＝m0，也就是說：低速運(yùn)動的物體，可認(rèn)為其質(zhì)量與物體運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。 （3）微觀粒子的速度很高，因此粒子運(yùn)動的質(zhì)量明顯大于靜質(zhì)量。 二、廣義相對論簡介 活動與探究2 1．狹義相對論無法解決哪兩個問題？ 2．怎樣理解廣義相對性原理？ 3．怎樣理解等效原理？ 4．廣義相對論的結(jié)論是如何驗證的？ 遷移與應(yīng)用2 下列說法中正確的是（　?。?/p>

3、 A．物質(zhì)的引力使光線彎曲 B．光線彎曲的原因是介質(zhì)不均勻而非引力作用 C．在強(qiáng)引力的星球附近，時間進(jìn)程會變慢 D．廣義相對論可以解釋引力紅移現(xiàn)象 1．在任何參考系中的物理規(guī)律都是相同的。這意味著慣性系中的運(yùn)動定律，在非慣性系中都是相同的，但要滿足相對性原理。 2．一個均勻的引力場與一個做勻加速運(yùn)動的參考系等價。這意味著，一個非慣性系可以看成一個慣性系，只不過它的后面有一個均勻的引力場。因為慣性和引力在非慣性系中是分不清的。這是相對論的等效原理。 當(dāng)堂檢測 1．下列問題需要用相對論來進(jìn)行解釋的是（　　） A．“嫦娥”一號的運(yùn)動軌跡的計算 B．噴氣式飛機(jī)的空中運(yùn)行 C．

4、人造太陽的反應(yīng)過程 D．紅矮星的演變過程 2．若一宇宙飛船對地以速度v運(yùn)動，宇航員在飛船內(nèi)沿同方向測得光速為c，問在地上觀察者看來，光速應(yīng)為v＋c嗎？ 3．一個運(yùn)動物體的總能量為E，E中是否考慮了物體的動能？ 4．人造衛(wèi)星以第一宇宙速度（約8 km/s）運(yùn)動，問它的質(zhì)量和靜質(zhì)量的比是多少？ 答案： 課堂·合作探究 【問題導(dǎo)學(xué)】 活動與探究1： 1．答案：u＝＝0.88c，u′和v更大些，只要u′和v不超過光速，可以證明u會更大一些，但不會超過光速。 2．答案：通過相對論速度公式u＝知，當(dāng)u′＝c時，u＝＝c，與v大小無關(guān)。 3．答案：相對論速度表達(dá)式與狹義相對論基本假設(shè)之

5、一：光對任何參考系速度都是一樣的。 遷移與應(yīng)用1：答案：0.866c 解析：將m＝2m0代入質(zhì)量公式m＝得， 2m0＝，v＝c＝0.866c。 活動與探究2： 1．答案：萬有引力理論無法納入狹義相對論的框架和狹義相對論是慣性參考系之間的理論。 2．答案：廣義相對性原理關(guān)鍵一點(diǎn)是適用于任何參考系。 3．答案：我們可以從引力場和勻加速參考系產(chǎn)生的效果上來考慮等效原理，引力場的作用是使物體加速向下運(yùn)動，如果參考系是加速向上運(yùn)動的，我們將會觀察到靜止的物體也“向下”運(yùn)動，它們兩者產(chǎn)生的效果是一樣的，所以稱為等效原理。 4．答案：物質(zhì)的引力使光線彎曲：1915年5月29日的一次日全食，兩

6、支英國考察隊分別赴幾內(nèi)亞灣和巴西觀測，其結(jié)果證實了引力使光線彎曲的結(jié)論。這是廣義相對論最早的證實。 強(qiáng)引力場附近的時間進(jìn)程會變慢：引力紅移現(xiàn)象已經(jīng)證明了此結(jié)論。引力紅移已經(jīng)在天文觀察中得到證實，宇宙中有一類恒星，體積小、密度大，叫做矮星，它們形成的引力場特別強(qiáng)，經(jīng)觀測，那里的原子發(fā)光的頻率比同種原子在地球上發(fā)光的頻率低，看起來偏紅。這就證明引力紅移的存在，也證明了強(qiáng)引力場附近的時間進(jìn)程會變慢。 遷移與應(yīng)用2：ACD　解析：從廣義相對論的兩個基本假設(shè)可以得出：物質(zhì)的引力使光線彎曲；引力場的存在使得空間不同位置的時間進(jìn)程出現(xiàn)差別，如在矮星表面的引力很強(qiáng)，那里的時間進(jìn)程變慢，從而導(dǎo)致引力紅移，所

7、以正確的選項為A、C、D。 【當(dāng)堂檢測】 1．CD　解析：C選項中的過程屬于微觀的情況，D選項中的過程屬于高速的情況。 2．答案：地面的觀察者看來，光速是c不是v＋c。 解析：由相對論速度變換公式u＝，式中u′、v分別為v和c。代入公式求得光對地速度u＝＝c＝c。 3．答案：總能量E中已經(jīng)計入了物體的動能。 解析：總能量E＝E0＋Ek，E0為靜質(zhì)能，實際上包括分子的動能和勢能、化學(xué)能、電磁能、結(jié)合能。E0＝m0c2。 Ek為動能，Ek＝m0c2（－1），E＝E0＋Ek＝mc2。 4．答案：1.000 000 000 35 解析：＝?。?.1×10－10 由m＝m0/， 得＝1.000 000 000 35。 3